韩国室温超导论文引来围攻，中国默默推进高温超导投入实用

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韩国室温超导论文引来围攻，中国默默推进高温超导投入实用

2023-08-16 06:57:46 来源：新材云创

室温超导是材料科学领域的圣杯，每次有人宣布突破，都会引来一番热议，也会有团队在短时间内去验证。韩国学者这次也一样，只是这一次引来的热议声音更高，前去验证的团队更多。在大家都忙着解释韩国室温常压超导到底是不是真的时候，中国已经把高温超导投入实用，而且用到了国家电网上。

图片1：室温超导材料报道，来自百度图片，无版权纠纷

话说韩国室温超导的论文短时间内引发了全球各地科研团队的迅速验证。倒不是说韩国学者太不靠谱，而是这项成果太过逆天，也太容易验证了。以前的室温超导都是在极高压强下操作的，获得那种压强的设备非常昂贵，全世界拥有这样设备的实验室都不多，想重复一下人家的实验，还是很难的。但是韩国这个LK-99材料，是室温常压条件下的超导材料，制备过程完全不需要高压，只需要一个真空环境和一个材料烧制设备，这样的条件哪怕不是搞超导材料的实验室也不难实现。因此，世界各地，尤其是中国、印度有一大批科技工作者投入了验证LK-99的队伍。

(资料图片)

本来大家以为很容易验证很容易打脸的一项实验，却引来了各种各样不同版本的验证结果，虽然没有任何一个团队声称完全重现了原作者的实验，多数团队都宣称未发现这种材料的超导性，而且中科院的学者直接从原理上解释了这种材料在111.85 ℃条件下电阻突然迅速下降的原因跟超导现象无关，但这些证据也并没有做到完全否定室温常压超导材料的存在。

主要原因是，这种材料是一种复合材料，而且引发特殊性质的恰恰是里面的杂质，想完全复制一样的产品并不是很容易。比如东南大学团队，制备了六个样品，只有一个样品出现了超导现象，但不是室温超导而是110K超导，也就是在-163℃以下可以实现超导，距离室温超导还有很大的距离。如果这个实验被证实，至少能说明，这种材料是有超导体潜质的，即使不能达到室温超导，也有继续研究的价值。但这个材料也不能真正代表韩国人做出来的材料，所以世界上很多机构向韩国团队索要原始材料，想验证一下韩国团队的实验数据有没有问题。

还有一点，虽然目前还没有确切证据做到室温常压超导，但理论上并没有否定室温常压超导材料存在的可能性。通过化学结构改造实现室温常压超导一旦实现，其意义必然非同凡响。毕竟室温常压超导材料对未来的影响太大了，说性能逆天一点都不夸张。不管LK-99最终被证明是不是室温常压超导，关于室温常压超导材料的研究也都会一直进行下去。

关于室温常压超导材料的研究还会继续，但可以肯定的是，短时间内这类材料不可能投入使用。然而，超导材料本身却已经广泛应用于科研和生产活动中了。尤其是近些年高温超导材料已经被用到了电网中，替代传统电缆并取得了不错的效果。中国在这方面是走在世界前列的。

超导材料的应用非常多，但眼下最接地气的一项应用还是用在电网节能上。大家都知道，电站发出来的电，需要经过电线传输到千家万户，甚至有些电需要跨越几个省区远距离传输，在电线有电阻的背景下，至少有10-15%的电力会损耗在电线上。如果使用超导材料，理论上可以把这些电给节省下来，这样的节省甚至不亚于把所有白炽灯都换成节能灯带来的效益。

以前没有在电网上用超导材料，是因为传统超导材料的使用成本太高了，液氦做冷却剂实在太昂贵了，只有一些先进的科研设施才用得起。转折点来自于高温超导材料的发现，而高温超导材料的发现也有中国的一份功劳。

图片2：电网，来自百度图片，无版权纠纷

中国出了一位超导院士赵忠贤，他跟世界其他科学家同步发现了今天应用最广的高温超导材料YBCO（钇钡铜氧化物）。这种材料跟室温超导材料一样，是革命性的。YBCO可以在液氮温度（77K，-196℃）下维持超导性能，相对于以往的超导材料只能用液氦冷却来说，这是一个巨大的进步，也是超导材料从高端科研走向民用的前提。正是由于中国在这项材料的发现上走在了世界前列，后期的研究和应用都跟上了世界强国的节奏，甚至大有引领趋势。

由于YBCO这种高温超导材料的出现，世界上发达国家开始了把超导材料应用于电网的研究。这方面比较积极的国家有中国、日本、美国、韩国、德国、丹麦等国家。其中中国已经走到了前端。

并不是说拥有了生产YBCO超导材料的技术，就拥有了生产超导电缆的能力，就可以在电网中铺设超导电缆了，否则世界上就不是只有少数国家可以生产高温超导电缆了。高温超导电缆的结构还是比较复杂的，而且不同类型的超导电缆适用于不同的应用场景，为了让电缆能承载足够强的电压和传输足够大的电流，需要对电缆结构进行特殊的设计，并不是随便拿过来一条电缆就可以随便适用于任何场景，也不可以任意提高电缆容量，甚至交流电缆和直流电缆的结构也是不一样的。

需要说明，YBCO并不是金属材料，更像是陶瓷材料，这样的材料生产出来的电缆，并不能像金属电缆那样可以轻松接到一起，超导电缆的接头技术也涉及到了超导电缆的核心专利技术。而且，由于YBCO特殊的材质和特殊的内部结构，生产的时候并不容易像金属电缆那样想生产多长就能生产多长。YBCO电缆往往只有几十米，长的电缆也不过四五百米，要想拿到更长的超导电缆，必须借用特殊的接头技术。

中国早在2004年就在云南普吉完成了首条电网超导线路的铺设工作，比美国仅仅晚了四年。同年，还在甘肃白银完成了另一条线路的铺设。2013年，又在宝山钢铁股份有限公司铺设了国内首条领绝缘高温超导电缆，这是一种新型的超导电缆，也是当下主流的一种超导电缆，可以说中国一直跟着世界节奏，在超导电缆领域走出了一条独立自主的路子。

值得一提的是，2021年中国在上海铺设了世界上最长的高温超导电缆，全长1200米，相当于美国最长超导电缆的两倍，比德国1000米的高温超导电缆还要长。这项工程相当于让中国在高温超导电缆应用领域从跟跑走向了领跑。不仅仅是长度世界最长，承受电压达到35KV，电流2.2KA，是同类产品中性能最好的。

图片3：高温超导电缆，来自百度，无版权纠纷

在研发领域，中国也走在了世界前列，已经研发出了能承受220kV电压、3kA电流的高温超导电缆。也研发出了直流大容量高温超导电缆，甚至研发出了单条400米以上的高温超导电缆。可以说，中国在高温超导领域的布局走在了世界前列，无论是基础研究还是核心专利申请，以及实际应用研究，中国都是居于世界前列的。未来随着技术越来越成熟，中国国家电网中高温超导电缆的使用规模一定会远远超过其他国家，成为全球高温超导电缆应用的领头羊，就像高铁一样成为世界典范。

中国执着于推进高温超导电缆在电网中的应用，那高温超导电缆真能实现0损耗传输电能吗？它有哪些优点呢？未来真有可能实现超导电缆的全替代吗？

高温超导电缆虽然能实现电阻为零，理论上可以实现零损耗传输电能，但实际电缆却做不到0损耗。

首先，现在的电缆输送的电力都是交流电，交流电哪怕在超导体中传输也是有损耗的，因为交流电会往外释放电磁波，从而损失能量。未来应该会有越来越多直流超导电缆投入使用，因为直流电是不会辐射电磁波的，也就避免了辐射损耗。

其次，高温超导电缆也只能做到液氮温区超导，温度太高了就会产生电阻，不再超导。为了维持超导状态，必须时刻用液氮来维持低温，也就是电缆芯需要泡在液氮里面。而液氮的温度和环境的温度相差二百多摄氏度，不管电缆的隔热效果有多好，也会不断有热量损耗，为了维持液氮温度，必须有配套的制冷技术维持温度，换句话说维持温度是需要消耗电能的。

再次，YBCO电缆单条长度都不太长，往往需要借助超导接头技术来衔接，接头是做不到零电阻的。

还有，电缆内部也有一些损耗电能的机制，就算没有前面的这些因素，超导电缆也做不到完全不损耗电能。

所以，超导电缆并不是不损耗电能，而是比传统电缆更节省电能。目前超导电缆的能耗水平已经达到了普通电缆的六分之一左右，这也是非常可观的节省了。

超导电缆相对于传统电缆来说，除了节省电能以外还有一些优点，比如可以在低电压下传输大电流，能量损耗很少。超导电缆的传输容量比传统电缆高很多，一般能达到传统电缆容量的三倍以上，以前一堆电缆才能完成的传输任务，换成超导电缆一根就够了。超导电缆还可以节约地下空间，在相同输电电压的情况下，超导电缆比传统电缆能节省一半以上的铺设面积，节约地下空间。

当然，高温超导材料虽好，也不太可能替换所有电缆。在未来相当长的时间内，高温超导电缆只会用来制作城市内主电缆和远距离输送电能的主电缆，只有在这两类电缆中超导材料的优势才能充分发挥，也对得起铺设这种电缆的高昂成本。一般的电缆换成超导电缆，成本上非常不划算，除非未来真的可以实现室温常压超导电缆，那时候可能我们家里面的电线也可以换成超导的。这也正是大家都急切希望室温常压超导材料尽快面世的原因。

不管怎样，中国在超导电缆应用领域走在了世界前列，未来肯定会成为高温超导电缆的最大应用市场，成为引领全球的大市场。让我们一起期待吧。

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